TPS65177/A：全 I2C 可編程 6 通道 LCD 偏置 IC 的詳細(xì)解析

在電子設(shè)備的設(shè)計中，LCD 面板的供電需求是一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。TPS65177/A 作為一款全 I2C 可編程的 6 通道 LCD 偏置 IC，為 GIP（Gate-in-Panel）或非 GIP TFT - LCD 面板提供了全面的供電解決方案。本文將對 TPS65177/A 的特性、功能、設(shè)計要點等方面進(jìn)行詳細(xì)解析。

文件下載：tps65177a.pdf

一、產(chǎn)品概述

TPS65177/A 能夠為 GIP 或非 GIP TFT - LCD 面板提供所需的所有電源軌，所有輸出電壓均可通過 I2C 進(jìn)行編程。它為 T - CON 提供 (V{(IO)}) 和 (V{(CORE)})，為源驅(qū)動器和伽馬緩沖器提供 (V{(AVDD)}) 和 (V{(HAVDD)})，為柵極驅(qū)動器或電平轉(zhuǎn)換器提供 (V{(GH)}) 和 (V{(GL)})。對于非 GIP 技術(shù)，實現(xiàn)了柵極脈沖調(diào)制（GPM）；對于 GIP 技術(shù)，(V{(GH)}) 軌可進(jìn)行溫度補(bǔ)償。此外，還實現(xiàn)了 (V{(AVDD)}) 和 (V{(HAVDD)}) 的高壓應(yīng)力模式（HVS）以及集成的 (V{(AVDD)}) 隔離開關(guān)。

二、產(chǎn)品特性

（一）使能/禁用功能

• TPS65177：通過 (V_{1}) 電源循環(huán)實現(xiàn)使能/禁用。
• TPS65177A：可通過 (V_{1}) 電源循環(huán)或 EN 引腳實現(xiàn)使能/禁用。

（二）輸入輸出電壓范圍

• 非同步升壓轉(zhuǎn)換器 ((V_{(AVDD)}))：輸入電壓范圍為 8.6 - 14.7V，輸出電壓范圍為 13.5 - 19.8V（通過 I2C 編程），默認(rèn)輸出電壓為 15V，開關(guān)電流限制為 4.25A（通過 I2C 編程），具備高壓應(yīng)力模式。
• 同步降壓轉(zhuǎn)換器 ((V_{(HAVDD)}))：輸出電壓范圍為 4.8 - 11.1V（通過 I2C 編程），默認(rèn)輸出電壓為 7.5V，開關(guān)電流限制為 1.7A，具備高壓應(yīng)力模式。
• 非同步降壓轉(zhuǎn)換器 ((V_{(IO)}))：輸出電壓范圍為 2.2 - 3.7V（通過 I2C 編程），默認(rèn)輸出電壓為 2.5V，開關(guān)電流限制為 3A。
• 同步降壓轉(zhuǎn)換器 ((V_{(CORE)}))：輸出電壓范圍為 0.8 - 3.3V（通過 I2C 編程），默認(rèn)輸出電壓為 1V，開關(guān)電流限制為 2.5A。
• 正電荷泵控制器 ((V_{(GH)}))：輸出電壓范圍為 20 - 40V（通過 I2C 編程），默認(rèn)輸出電壓為 28V，溫度補(bǔ)償偏移為 0 - 15V（通過 I2C 編程），默認(rèn)偏移為 4V（28V 到 32V）。
• 負(fù)電荷泵控制器 ((V_{(GL)}))：輸出電壓范圍為 - 14.5 - - 5.5V（通過 I2C 編程），默認(rèn)輸出電壓為 - 7.9V。

（三）其他特性

• 柵極脈沖調(diào)制（GPM）：可通過 I2C 編程將其降至 0V、5V、10V 或 15V，默認(rèn)放電電壓為 0V。
• 溫度補(bǔ)償：為 (V_{(GH)}) 提供溫度補(bǔ)償。
• 熱關(guān)斷：防止因過熱和功耗過大而損壞設(shè)備。
• I2C 兼容接口：方便與其他設(shè)備進(jìn)行通信。
• EEPROM 存儲器：可存儲所需的輸出電壓水平。
• 封裝：采用 6mm × 6mm × 1mm 的 40 引腳 VQFN 封裝。

三、引腳配置與功能

TPS65177/A 采用 40 引腳 VQFN 封裝，各引腳具有不同的功能。例如，INBK1 為 Buck 1 轉(zhuǎn)換器 ((V_{(IO)})) 的電源引腳，SDA 和 SCL 為 I2C 數(shù)據(jù)和時鐘引腳，HVS 為升壓和 Buck 3 轉(zhuǎn)換器的高壓應(yīng)力模式使能引腳等。在設(shè)計 PCB 時，需要根據(jù)引腳功能合理布局，確保信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性。

四、規(guī)格參數(shù)

（一）絕對最大額定值

包括引腳電壓、工作結(jié)溫范圍、存儲溫度范圍等參數(shù)。例如，引腳電壓在不同引腳有不同的最大和最小值限制，工作結(jié)溫范圍為 - 40 - 150°C，存儲溫度范圍為 - 65 - 150°C。

（二）ESD 額定值

人體模型（HBM）為 ±2000V，帶電設(shè)備模型（CDM）為 ±700V。

（三）推薦工作條件

涵蓋輸入電壓范圍、電容值、電感值等參數(shù)。例如，輸入電壓范圍為 8.6 - 14.7V，不同轉(zhuǎn)換器的輸出電壓范圍和電感值也有相應(yīng)的推薦值。

（四）熱信息

包括結(jié)到環(huán)境、結(jié)到外殼、結(jié)到電路板的熱阻等參數(shù)，這些參數(shù)對于散熱設(shè)計至關(guān)重要。

（五）電氣特性

詳細(xì)列出了各轉(zhuǎn)換器和控制器的參數(shù)，如開關(guān)頻率、輸出電壓范圍、輸出電壓容差、反饋輸入偏置電流、MOSFET 導(dǎo)通電阻、MOSFET 電流限制等。

（六）I2C 接口時序特性

規(guī)定了 SCL 時鐘頻率、SCL 時鐘的高低電平時間、總線空閑時間等參數(shù)，確保 I2C 通信的正常進(jìn)行。

五、詳細(xì)描述

（一）功能概述

TPS65177/A 的所有輸出電壓均可通過 I2C 編程，一個 BOM 可以覆蓋多種面板類型和尺寸，所需的輸出電壓水平可在生產(chǎn)過程中進(jìn)行編程并存儲在非易失性集成存儲器中。

（二）功能框圖

展示了各個模塊的連接和工作流程，包括欠壓鎖定、調(diào)節(jié)器、熱關(guān)斷、帶隙、啟動電路等。

（三）特性描述

1. 上電

當(dāng) (V{1}) 高于欠壓鎖定（UVLO）閾值時，設(shè)備將非易失性初始值寄存器中的存儲值加載到易失性 DAC 寄存器中，然后按照一定的順序啟動各個轉(zhuǎn)換器和控制器。不同型號（TPS65177 和 TPS65177A）在某些情況下的處理方式有所不同，例如當(dāng) EN 引腳未連接到 (V{1}) 時，TPS65177 檢測到 (V{(AVDD)}) 電壓崩潰后會進(jìn)入部分關(guān)閉狀態(tài)，只有電源循環(huán)才能重啟相關(guān)電源軌；而 TPS65177A 在某些情況下可以不通過電源循環(huán)重啟，但當(dāng) (V{(GL)}) 由升壓開關(guān)引腳驅(qū)動時，EN 引腳應(yīng)連接到 (V_{1})。

2. 下電

當(dāng) (V{1}) 低于 UVLO 閾值時，所有模塊禁用，放電速率由輸出負(fù)載和輸出電容決定，柵極脈沖調(diào)制輸出 (V{(GHM)}) 跟隨 (V_{(GH)})。

3. 熱關(guān)斷

當(dāng)溫度超過 150°C 時，設(shè)備關(guān)閉，只有 (V_{1}) 低于 UVLO 閾值才能重置熱關(guān)斷。

4. 欠壓鎖定

當(dāng)輸入電壓低于 8.3V 時，設(shè)備關(guān)閉，避免誤操作。

5. 短路和過載保護(hù)

不同的轉(zhuǎn)換器和控制器在輸出電壓低于一定比例（40% 或 80% 標(biāo)稱值）或持續(xù)時間過長時，會進(jìn)入關(guān)閉狀態(tài)，且只有觸發(fā) UVLO 才能再次啟用設(shè)備。

（四）設(shè)備功能模式

1. 升壓轉(zhuǎn)換器 ((V_{(AVDD)}))

采用準(zhǔn)同步電流模式，固定頻率為 750kHz，通過外部 RC 電路進(jìn)行補(bǔ)償。具有軟啟動功能，包括輸入 - 輸出隔離開關(guān)軟啟動和升壓轉(zhuǎn)換器軟啟動。輸出電壓可通過 I2C 在 13.5 - 19.8V 之間以 100mV 步長編程，還具備高壓應(yīng)力模式和可編程電流限制。在設(shè)計時，需要根據(jù)應(yīng)用需求計算轉(zhuǎn)換器占空比、電感紋波電流、最大輸出電流和峰值開關(guān)電流等參數(shù)，并合理選擇電感、整流二極管和輸出電容。

2. Buck 1 轉(zhuǎn)換器 ((V_{(IO)}))

非同步電流模式，固定頻率為 750kHz，根據(jù)負(fù)載電流可工作在不連續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）或連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）。具有軟啟動功能，輸出電壓可通過 I2C 在 2.2 - 3.7V 之間以 100mV 步長編程。設(shè)計時同樣需要計算相關(guān)參數(shù)，并選擇合適的電感、整流二極管和輸出電容。

3. Buck 2 轉(zhuǎn)換器 ((V_{(CORE)}))

同步電流模式，采用脈沖頻率調(diào)制（PFM），固定關(guān)斷時間，典型頻率為 1MHz?？赏ㄟ^ I2C 禁用，具有軟啟動功能，輸出電壓可通過 I2C 在 0.8 - 3.3V 之間以 100mV 步長編程。設(shè)計時需計算開關(guān)頻率、轉(zhuǎn)換器占空比、電感紋波電流、最大輸出電流和峰值開關(guān)電流等參數(shù)，并選擇合適的電感和輸出電容。

4. Buck 3 轉(zhuǎn)換器 ((V_{(HAVDD)}))

同步電流模式，采用脈沖頻率調(diào)制（PFM），固定關(guān)斷時間，典型頻率為 1MHz?？赏ㄟ^ I2C 禁用，與升壓轉(zhuǎn)換器一起啟用，輸出電壓可通過 I2C 在 4.8 - 11.1V 之間以 100mV 步長編程，具備高壓應(yīng)力模式。設(shè)計時需計算相關(guān)參數(shù)，并選擇合適的電感和輸出電容。

5. 正電荷泵控制器 ((V_{(GH)}))

由升壓轉(zhuǎn)換器的開關(guān)節(jié)點驅(qū)動，通過控制外部 PNP 晶體管的電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，具備溫度補(bǔ)償功能，輸出電壓和溫度補(bǔ)償水平可通過 I2C 編程。設(shè)計時需要計算支持的最大輸出電壓，選擇合適的二極管、晶體管、基極 - 發(fā)射極電阻、飛跨電容、開關(guān)節(jié)點電阻和輸出電容。

6. 負(fù)電荷泵控制器 ((V_{(GL)}))

通常由 Buck 1 轉(zhuǎn)換器的開關(guān)節(jié)點驅(qū)動，也可連接到升壓轉(zhuǎn)換器的開關(guān)節(jié)點，通過控制外部 NPN 晶體管的電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，可通過 I2C 禁用。設(shè)計時需要計算支持的最大輸出電壓，選擇合適的二極管、晶體管、基極 - 發(fā)射極電阻、飛跨電容、開關(guān)節(jié)點電阻和輸出電容。

7. 柵極脈沖調(diào)制 ((V_{(GHM)}))

由 CTRL 引腳控制，在啟動和關(guān)閉期間有特定的狀態(tài)。可通過 I2C 禁用，放電斜率由外部電阻、內(nèi)部 MOSFET (R_{DS(ON)}) 和柵極線電容決定，還可通過 I2C 編程設(shè)置限制電壓。

（五）編程

1. I2C 串行接口描述

TPS65177/A 通過行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 2 線 I2C 接口進(jìn)行通信，支持標(biāo)準(zhǔn)模式（100kbps）和快速模式（400kbps），采用 7 位尋址。通信過程包括起始條件、地址傳輸、數(shù)據(jù)傳輸和停止條件，設(shè)備通過應(yīng)答信號確認(rèn)通信。

2. 存儲器描述

包含非易失性 EEPROM（初始值寄存器 IVR）和易失性存儲器（DAC 寄存器 DR），通過控制寄存器（CR）選擇訪問 IVR 或 DR。

3. 讀寫描述

讀取易失性存儲器（DR）數(shù)據(jù)時，CR 的 LSB（EE/DR）需設(shè)置為 0；讀取非易失性 EEPROM（IVR）數(shù)據(jù)時，CR 的 LSB 需設(shè)置為 1。寫入非易失性 EEPROM 時，需先編程所有數(shù)據(jù)寄存器，然后將 CR 的 MSB（WED）設(shè)置為 1，寫入過程有 50ms 的死區(qū)時間。

4. 讀寫操作

詳細(xì)介紹了寫入單個字節(jié)到 DAC 寄存器、寫入多個字節(jié)到 DAC 寄存器、將所有 DAC 寄存器數(shù)據(jù)寫入 EEPROM、讀取單個數(shù)據(jù)從 DAC 寄存器、讀取多個數(shù)據(jù)從 DAC 寄存器、讀取單個數(shù)據(jù)到 EEPROM 和讀取多個數(shù)據(jù)到 EEPROM 的操作步驟和示例。

（六）寄存器映射

列出了各個寄存器的名稱、地址、工廠值、位計數(shù)和步數(shù)計數(shù)，以及不同 DAC 值對應(yīng)的輸出電壓等信息，方便工程師進(jìn)行編程和配置。

六、應(yīng)用與實現(xiàn)

（一）應(yīng)用信息

提供了一個典型的應(yīng)用電路，適用于為 GIP 或非 GIP 技術(shù)的 LCD 面板供電。

（二）典型應(yīng)用

1. 設(shè)計要求

給出了設(shè)計示例的參數(shù)，如電壓、開關(guān)頻率等。

2. 詳細(xì)設(shè)計步驟

可參考設(shè)備功能模式部分的詳細(xì)設(shè)計步驟。

3. 應(yīng)用曲線

展示了各個轉(zhuǎn)換器和控制器在不同條件下的效率、PWM 開關(guān)波形和負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)等曲線，幫助工程師了解設(shè)備的性能。

（三）系統(tǒng)示例

給出了 (V_{(GH)}) 溫度補(bǔ)償禁用和柵極脈沖調(diào)制禁用的系統(tǒng)示例電路，以及輸入電容的選擇建議。

七、電源供應(yīng)建議

設(shè)備設(shè)計用于 8.6 - 14.7V 的輸入電源，為了實現(xiàn)設(shè)備的最佳性能，輸入電源應(yīng)穩(wěn)定且無噪聲。

八、布局設(shè)計

（一）布局指南

在 PCB 布局時，需要考慮將紅色標(biāo)記的組件盡可能靠近設(shè)備放置，保持紅色線路短；加粗的線路表示高電流，應(yīng)在 PCB 上使用較寬的走線；輸入電容應(yīng)盡可能靠近 IC；對于 (V{(AVDD)}) 和 (V{(IO)}) 等線路，應(yīng)保持短且低電阻；補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)應(yīng)靠近 IC 并通過短線路連接到 COMP 和 AGND；反饋線路應(yīng)遠(yuǎn)離開關(guān)走線，避免噪聲耦合；電感可放置在離 IC 較遠(yuǎn)的位置以減少發(fā)熱；所有 IC 接地（AGND、PGNDx）應(yīng)連接到外露熱焊盤；盡量避免在電源線中使用過孔；外露熱焊盤應(yīng)焊接到大面積的接地冷卻區(qū)域，并使用盡可能多的過孔以保持設(shè)備涼爽；熱敏電阻 NTC 應(yīng)遠(yuǎn)離熱源，放置在 PCB 的最冷點以準(zhǔn)確測量環(huán)境溫度。

（二）布局示例

提供了一個布局示例圖，展示了各個組件的布局方式。

九、設(shè)備與文檔支持

（一）相關(guān)鏈接

提供了技術(shù)文檔、支持和社區(qū)資源、工具和軟件以及樣品購買等方面的快速訪問鏈接。

（二）第三方產(chǎn)品免責(zé)聲明

TI 對第三方產(chǎn)品或服務(wù)的信息發(fā)布不構(gòu)成對其適用性的認(rèn)可或擔(dān)保。

（三）社區(qū)資源

包括 TI E2E? 在線社區(qū)和設(shè)計支持，方便工程師交流和獲取幫助。

（四）商標(biāo)

E2E 是德州儀器的商標(biāo)，其他商標(biāo)歸各自所有者所有。

（五）靜電放電注意事項

這些設(shè)備的內(nèi)置 ESD 保護(hù)有限，在存儲或處理時應(yīng)將引腳短路或放置在導(dǎo)電泡沫中，以防止 MOS 柵極受到靜電損壞。

（六）術(shù)語表

提供了相關(guān)術(shù)語、首字母縮寫詞和定義的解釋。

十、機(jī)械、封裝和可訂購信息

詳細(xì)列出了不同型號的可訂購部件編號、狀態(tài)、材料類型、封裝、引腳數(shù)、封裝數(shù)量、載體、RoHS 合規(guī)性、引腳鍍層/球材料、MSL 評級/峰值回流溫度、工作溫度和部件標(biāo)記等信息，以及包裝材料的尺寸和相關(guān)說明。

綜上所述，TPS65177/A 是一款功能強(qiáng)大的 LCD 偏置 IC，為 LCD 面板的供電提供了全面的解決方案。在設(shè)計過程中，工程師需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理選擇參數(shù)、進(jìn)行布局設(shè)計，并注意編程和操作的細(xì)節(jié)，以確保設(shè)備的正常運行和性能優(yōu)化。你在實際應(yīng)用中是否遇到過類似芯片的使用問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗和見解。